Якщо водій автомобіля вирушає на ньому в далеку поїздку, то його першою турботою є повний паливний бак. Так само й енергетичний реактор має бути завантажений такою кількістю ядерного палива, якої вистачило б для забезпечення потрібної кампанії. Проте в цих двох прикладах є одна принципова відмінність: якщо автомобіль зупиняється тоді, коли бак випалюється “досуха” (хоча, строго кажучи, і в автомобільному баку існує таке поняття, як “мертвий запас”), то реактор перестає працювати, коли в ньому витрачено не все паливо, а вичерпано весь запас реактивності, тобто момент зупинки реактора - останній момент, коли він ще залишається критичним, а отже, в ньому ще міститься одна критична маса палива. Таким чином виходить, що все ядерне паливо за одну кампанію в реакторі “випалити” неможливо.
Ядерне паливо - штука дорога. Видобуток уранової руди, одержання природного металевого урану, збагачення його ізотопом 235U, виготовлення паливної композиції, спікання її в таблетки та їх чистове оброблення, виготовлення твелів і тепловидільних збірок - усе це дуже складні технологічні процеси, що потребують великих матеріальних та енергетичних витрат. Зрозуміло, що викидати чималу кількість невигорілого ядерного палива на кладовище радіоактивних відходів було б справою вельми накладною. Відпрацоване паливо спрямовується на регенерацію, де паливні компоненти за ланцюжком складних технологічних операцій відокремлюються від продуктів поділу, що нагромадилися за час роботи, заново збагачуються ізотопом 235U і знову вводяться в паливний цикл. Зазначимо, що регенерація ядерного палива не менш складна й дорога, ніж виготовлення “свіжого” палива.
Ось чому дуже важливо, щоб у процесі кампанії вигоряла якомога більша частина завантаженого палива, а для регенерації залишалася б якомога менша його частина. Мірою оцінки ефективності використання палива в енергетичних реакторах слугують дві основні характеристики.
а) Ступінь вигоряння палива - це частка (або відсоток) вигорілого основного палива (235U) від його початкової кількості.
Ступінь вигоряння позначається літерою z і відповідно до визначення дорівнює:
z(t) = [N5o - N5(t)] / N5o = 1 - (N5(t) / N5o) (15.4.1)
Шляхом елементарних підстановок нескладно показати, що ступінь вигоряння в будь-який момент кампанії t - величина, прямо пропорційна величині енерговироблення W(t), якщо не брати до уваги ту частину виробленої енергії, яка одержана внаслідок поділів ядер плутонію.
Про ефективність використання основного палива в реакторі за час кампанії активної зони можна судити за цифрами максимального ступеня вигоряння (тобто ступеня вигоряння наприкінці кампанії.
Для реакторів типу РБМК-1000 zmax = 0.35 ÷ 0.37, а для реакторів водо-водяного типу (ВВЕР-440, ВВЕР-1000) zmax = 0.30 ÷ 0.33.
б) Глибина вигоряння - це енерговироблення за кампанію, що припадає на одиницю маси первісно завантаженого урану.
Тут ідеться про весь уран (235U + 238U), що завантажується в активну зону перед початком кампанії. Якщо позначити величину глибини вигоряння через b, то відповідно до визначення
b = W / MU (15.12)
Глибину вигоряння прийнято вимірювати в МВт доба / т або ГВт доба/ т.
Уявлення про величини глибини вигоряння палива дають такі цифри:
Ядерне паливо - штука дорога. Видобуток уранової руди, одержання природного металевого урану, збагачення його ізотопом 235U, виготовлення паливної композиції, спікання її в таблетки та їх чистове оброблення, виготовлення твелів і тепловидільних збірок - усе це дуже складні технологічні процеси, що потребують великих матеріальних та енергетичних витрат. Зрозуміло, що викидати чималу кількість невигорілого ядерного палива на кладовище радіоактивних відходів було б справою вельми накладною. Відпрацоване паливо спрямовується на регенерацію, де паливні компоненти за ланцюжком складних технологічних операцій відокремлюються від продуктів поділу, що нагромадилися за час роботи, заново збагачуються ізотопом 235U і знову вводяться в паливний цикл. Зазначимо, що регенерація ядерного палива не менш складна й дорога, ніж виготовлення “свіжого” палива.
Ось чому дуже важливо, щоб у процесі кампанії вигоряла якомога більша частина завантаженого палива, а для регенерації залишалася б якомога менша його частина. Мірою оцінки ефективності використання палива в енергетичних реакторах слугують дві основні характеристики.
а) Ступінь вигоряння палива - це частка (або відсоток) вигорілого основного палива (235U) від його початкової кількості.
Ступінь вигоряння позначається літерою z і відповідно до визначення дорівнює:
z(t) = [N5o - N5(t)] / N5o = 1 - (N5(t) / N5o) (15.4.1)
Шляхом елементарних підстановок нескладно показати, що ступінь вигоряння в будь-який момент кампанії t - величина, прямо пропорційна величині енерговироблення W(t), якщо не брати до уваги ту частину виробленої енергії, яка одержана внаслідок поділів ядер плутонію.
Про ефективність використання основного палива в реакторі за час кампанії активної зони можна судити за цифрами максимального ступеня вигоряння (тобто ступеня вигоряння наприкінці кампанії.
Для реакторів типу РБМК-1000 zmax = 0.35 ÷ 0.37, а для реакторів водо-водяного типу (ВВЕР-440, ВВЕР-1000) zmax = 0.30 ÷ 0.33.
б) Глибина вигоряння - це енерговироблення за кампанію, що припадає на одиницю маси первісно завантаженого урану.
Тут ідеться про весь уран (235U + 238U), що завантажується в активну зону перед початком кампанії. Якщо позначити величину глибини вигоряння через b, то відповідно до визначення
b = W / MU (15.12)
Глибину вигоряння прийнято вимірювати в МВт доба / т або ГВт доба/ т.
Уявлення про величини глибини вигоряння палива дають такі цифри:
- для реакторів типу РБМК-1000 b = 18.5 ÷ 20 ГВт . доба / т;
- для реакторів типу ВВЕР-1000 b = 38 ÷ 40 ГВт . доба /т.